Теоретические аспекты травмоопасных зон мобильных средств механизации АПК при запуске двигателя с включенной передачей

Введение. Современный этап динамичного развития сельскохозяйственного производства характеризуется расширением видов и фронта работ многообразного направления, диктуемого профильной многогранностью предприятий, применяемых технологий, методов и средств их реализации. Интенсификация и динамика производства отличается повышенной занятостью и загруженностью труда операторов практически всех специальностей и видов работ [1, 2]. Напряжённость трудового процесса, диктуемая потребностью повышения эффективности производства, при нарушении режимов труда и отдыха, как правило, приводит к усталости [3]. Последствием такого состояния является рассеянность работников, забывчивость в последовательности операций в технологиях управления сельхозтехникой и производством работ, пониженное внимание к их качеству, а порой и пренебрежение им и своим здоровьем. Расплатой за изложенное является не только экономический ущерб, но и травмирование с различными исходами, включая летальные. Примеров тому в практике сельскохозяйственного производства предостаточно. Подтверждением последствий сказанного является ежегодный травматизм в сельском хозяйстве страны, сопровождающийся в совокупности полуторасотнями только производственных летальных травм и около 800 тяжёлых, десятая часть которых заканчивается инвалидностью. Социальные последствия таких ситуаций тяжёлым бременем ложатся на семью пострадавших, расходы Фонда социального страхования и на бюджет предприятий. Поэтому проблема упреждения описанных ситуаций является актуальной задачей работников отрасли АПК. Составляющими такой задачи являются профилактические мероприятия разнообразного характера, рассматриваемые ниже. Детализация изложенного приводится на примере травмоопасных зон при использовании мобильных средств механизации технологических процессов и производств на различных работах при запуске их двигателей с включенной в трансмиссии передаче.

Методика исследований. Ею предусматривались: статистический анализ проблемы, причин и последствий имеющих место травмоопасных зон с реализацией их в травмы, теоретическое обоснование методами математической логики границ и динамики травмоопасных зон мобильных средств механизации в процессах подготовки их к работе (в частности, при запуске двигателей агрегатов при включенной в трансмиссии передаче), изучение причин, обоснование путей ликвидации ситуаций, способствующих их реализации.

Результаты исследований. Практика эксплуатации мобильных средств механизации богата множеством нарушений нормативноправовых положений широкого спектра с предсказуемыми и непредсказуемыми последствиями не только для виновников нарушения, но и для окружающих объект в силу своих должностных обязанностей, диктуемых технологиями производства. Речь идет о том, что в ряде случаев по весьма разнообразным причинам тракторные, автомобильные, бульдозерные, скреперные, комбайновые и другие агрегаты с двигателям внутреннего сгорания при остановке их работы с глушением двигателей по требованиям инструкций на стоянке затормаживают ручными тормозами, включением любых передач в трансмиссии, другими способами (к примеру установкой опор под колеса со стороны возможного самопроизвольного скатывания агрегата в результате гористого рельефа местности, ветровых нагрузок и других обстоятельств, к примеру против угонов). Для возобновления работы агрегата оператор должен привести его в движение, для чего необходимо запустить двигатель. Забывая выключить скорость, оператор запускает двигатель (из кабины нажатием на кнопку запуска или посредством пускового двигателя). Последнее характерно для тракторов прежних десятилетий выпуска. В такой ситуации оператор находится при запуске пускового двигателя либо между передними и задними колесами трактора, либо у края гусеницы гусеничного трактора, либо на ней в высокогабаритных тракторах прежних и современных конструкций. В случае запуска двигателя в такой ситуации (при включенной передаче) автоматически начинается самопроизвольное неуправляемое движение машины вперед или назад – в зависимости от включённой передачи. В таком случае находящийся между колесами трактора оператор подвергается самонаезду

(часто с летальными или тяжелыми исходами) или травмируется гусеницами с теми же последствиями, не успевая отойти или соскочить ввиду неожиданности начала движения агрегата и паники. Кроме того, травмироваться могут и люди, находящиеся в фронтальной или тыльной части агрегата, не ожидающие такого развития событий и не успевающие удалится из автоматически создавшейся динамической травмоопасной зоны. Последнее проявляется как следствие описанных выше обстоятельств.

В связи с изложенным представляет интерес теоретический анализ проблемы. Рассмотрим её более детально.

Указанные травмоопасные зоны возникают и характеризуются рядом обстоятельств, связанных с запуском двигателя по описанному вы- ше сценарию. Исходные и последующие сценарии таких ситуаций рассмотрим на схемах, касающихся сути проблемы (рисунок 1 а, б). На рисунке схематично представлена мобильная машина 1 (трактор, автомобиль, комбайн, бульдозер и др.) с оператором 2, передними 3 и задними 4 колесами, с кабиной 5. Во фронтальной части агрегата находится человек 6, а в тыльной – человек 7. В нижней части рисунка представлен вид сверху на агрегат (рисунок 1 б), где размещены двигатель внутреннего сгорания (ДВС), муфта сцепления 8, коробка передач (КПП) 9, рычаг переключения передач 10; также условно показан передаваемый от двигателя через муфту сцепления 8 при включённой передаче крутящий момент (Мкр) на левые и правые задние колёса.

• 1    – мобильные машины; 2 – оператор (в кабине или на земле); 3, 4 – соответственно передние и задние колеса;

• 5    – кабина; 6, 7 – человек соответственно в передней и тыльной части машины; ПД – пусковой двигатель; 8 – муфта сцепления; 9 – коробка перемены передач; 10 – рычаг переключения передач; 11 – двери кабины;

S 1 , S 2 – соответственно площади травмоопасных зон при движении агрегатов, соответственно, вперед 1 1 и назад

• 1 2    – длина этих зон при ширине b 1 b 2 ; S 1д , S 2д – дополнительные части травмоопасных зон при движении агрегата с открытыми дверями кабины соответственно вперед и назад b 1 , b 1 – ширина травмоопасной зоны при движении агрегата вперед или назад

Рисунок 1 – Логическая схема предтравматических ситуаций при запуске двигателей с включенной передачей в трансмиссии и положении оператора в кабине или на земле ( а ) и травмоопасные зоны при этом ( б )

• 1    – mobile machines; 2 – operator (in the cab or on the ground); 3, 4 – front and rear wheels, respectively; 5 – cabin;

• 6, 7 – a person in the front and rear of the car, respectively; ПД – starting engine; 8 – clutch; 9 – gearbox; 10 – gear lever;

11 – cab doors; S 1 , S 2 – respectively, the area of traumatic zones when the units move, respectively, forward 1 1 and back 1 2 – the length of these zones with the width b 1 b 2 ; S 1д , S 2д – additional parts of the traumatic zones when the unit moves with open cab doors, respectively, forward and backward b 1 , b 1 – the width of the traumatic zone when the unit moves forward or backward

Figure 1 – Logic diagram of pre-traumatic situations when starting engines with the gear engaged and the operator's position in the cab or on the ground ( a ) and traumatic zones in this case ( б )

Пунктирными линиями прямоугольника на рисунке очерчены границы травмоопасных зон с площадями S 1 (образуются параметрами длиной l 1 и шириной b 1 ) в случае движения агрегата с закрытыми дверями кабины вперед, а площадью S 2 с параметрами l 2 и b 2 – в случае движения задним ходом с закрытыми дверями кабины. В случае движения агрегата вперед и назад при открытых дверях кабины образуются дополнительные травмоопасные зоны S 1д и S 2д (в соответствии с шириной дверей слева и справа кабины).

Как видно из представленного рисунка 1 а , в случае запуска двигателя при включенной передаче опасности подвергается оператор (если он находится в положении между колесами) – запуск с помощью пускового двигателя при положении оператора на земле, а также люди, находящиеся во фронтальной и тыльных частях агрегата.

Анализ рисунка 1 б показывает, что при различном положении рычага переключения передач (устанавливается в кабине оператором) складываются разные ситуации в части безопасности. При нейтральном положении рычага 10 запуск двигателя не создаст ситуации травмоопасности. При положении рычага 10 с включённой передачей перед запуском двигателя в случае запуска создаются травмоопасные зоны (ситуации) при нахождении оператора при запуске в кабине или на земле, поскольку энергия от двигателя (ДВС рисунок 1 б ) через муфту сцепления 8 передается в трансмиссию и на колеса агрегата 3 и 4 и начинается его движение, создав опасные зоны с площадями S 1 (при движении вперед) и S 2 (при движении назад). В случае движения агрегата с открытой дверью ширина опасных зон увеличивается соответственно до b 1 ’ и b 2 ’. При этом площади травмоопасных зон расширяются соответственно на S 1д и S 2д с обеих сторон агрегата.

Площади травмоопасных зон при движении с закрытыми дверями кабин составляют:

при движении передним ходом S 1 = b 1 ∙l 1 , м²;

при движении задним ходом S 2 = b 2 ∙l 2 , м².

Отметим, что если параметры b1 и b2 при случившихся обстоятельствах остаются постоянными в процессе неожиданного движения агрегата, то параметры l1 и l2 могут возрастать произвольно до момента, пока оператор не сориентируется в обстановке и не прекратит движение нажатием на педаль муфты сцепления 8 и не выключит передачу или не заглушит двигатель. Однако с момента движения (при условии запуска двигателя при включенной передаче) до его прекращения тем или иным способом пройдет время t ≥ 2–3 c и больше (в зависимости от постоянной времени оператора, а возможно и других окружающих условий или паники оператора). За это время машина, в зависимости от номера включенной передачи, пройдет, как минимум 1,5–2 м и более. Этого достаточно, учитывая факт неожиданности, для совершения наезда на человека, находящегося в травмоопасных зонах (или самонаезда оператора при нахождении его в момент запуска между передними и задними колесами машины).

В случае, если описанная ситуация происходит при открытых дверях кабины, ширина травмоопасной зоны расширяется и составляет:

• а)    при движении вперед:

S 1 =b 1 ∙l 1 + 2S 1д = l 1 ∙b 1 ’, м²;

• б)    при движении назад:

S 2 =b 2 ∙ l 2 + 2S 2d д= l 2 ∙ b 2 ’, м².

В случае, если движение осуществляется при одной открытой двери (слева или справа по ходу), то последние две зависимости определяются соответственно по выражениям:

S 1 =b 1 ∙ l 1 + S 1д , м²; S 2 =b 2 ∙ l 2 + S 2д , м².

Таким образом, в случае запуска двигателя с включенной передачей для движения агрегата вперед, оператор, находящийся в межколёсном пространстве, при запуске основного двигателя пусковым, подвергается опасности наезда задним колесом с трагическими последствиями. И связано это с тем, что расстояние z (рисунок 2) между тыльной торцевой поверхностью переднего колеса и фронтальной частью заднего колеса (в зависимости от марки трактора) меньше двух метров.

Если даже запуск произойдёт при включенной первой передаче, оператор не всегда успеет удалиться из травмоопасной зоны, учитывая быстротечность и неожиданность ситуации и постоянную времени оператора.

• 1    – машина; 2 – сиденье оператора; 3 – рулевое колесо; О-О – осевая линия; 4 – оператор; ПД – пусковой двигатель; О л – точка опоры левой ноги оператора; О п – точка опоры правой ноги оператора;

у 1 – расстояние ног оператора от колес; z – расстояние от осевой линии О-О до колес;

Δу 1 – расстояние от осевой линии О-О до точек опоры оператора

Рисунок 2 – Координаты расположения оператора при запуске основного двигателя пусковым при размещении водителя на земле между колесами

1 – car; 2 – seat of the operator; 3 – steering wheel; O-O-center line; 4 – operator; ПД – starting motor;

О л – point of support of the operator's left leg; О п – the fulcrum of the operator's right leg; y 1 – the distance of the operator's legs from the wheels; z – distance from the center line O-O to the wheels; Δу 1 – distance from the center line О-О to the support points of the operator

Figure 2 – Coordinates of the operator's location when starting the main engine by starter when placing the driver on the ground between the wheels

С момента начала движения до момента наезда на оператора задним колесом агрегат должен проехать расстояние (для случая равномерного движения) y1 = vt; здесь скорость v зависит от номера включаемой передачи и может колебаться от 0,2 м/с до 3 м/с (полагается, что при включенной транспортной передаче основной двигатель не всегда запускается, особенно в холодное время года, хотя такая вероятность не исключена). Принимая среднюю скорость при запуске 3 м/с, видим, что оператор будет травмирован в результате наезда задним колесом даже при условии, что постоянная времени его tп = 1 с (в большинстве случаев это превышает 1,5 с и более). Если же запуск произойдет при более высокой степени (транспортной, к примеру, для трактора), то положение становится еще более безнадёжным, поскольку имеет значение не только малое расстояние между источником травмирования и объектом его, постоянная времени оператора, но и факт неожиданности, приводящий к торможению осмысления к действиям. Другими словами – налицо факт обреченности на травмирование. Изложенное дополним ещё и тем, что, как показали результаты экспериментальных исследований, точки опоры оператора (ноги) в изложенной ситуации находятся в раздвинутом положении, т.е. левая нога от осевой линии 0-0 размещена ближе, чем y1 на Δy1 к заднему колесу, а правая – на Δy1 ближе к переднему колесу, чем положение избежать травмирование оператора осложняется. Другими словами, вероятность травмирования оператора в описанных ситуациях приближается к 100%, что и подтверждается практикой.

Аналогичная ситуация имеет место и при запуске основного двигателя указанным образом при включенной задней скорости, но с той лишь разницей, что конструкцией большинства машин сельскохозяйственного назначения предусматривается только одна задняя скорость с постоянным передаточным отношением в трансмиссии и, как правило, пониженной скоростью передвижения. Этот факт способствует уменьшению вероятности травмирования опе- ратора в результате наезда на него тыльной частью переднего колеса при движении агрегата на задней скорости. Но это не исключает 100%-ной вероятности его травмирования практически всегда, учитывая указанную постоянную времени и факт неожиданности (растерянности) в условиях критически организованного не только секундами времени, но и их долей.

Из изложенного следует, что описанные способы запуска основных двигателей посредством пусковых в случае положения оператора между колесам трактора (или других машин) не соответствуют требованиям Системы стандартов безопасности труда (ССБT) [4] и нуждаются в коренном совершенствовании, успешно реализуемом различными путями [3, 4].

Аналогичные ситуации имеют место также при запуске пусковыми двигателями дизелей у гусеничных, когда оператор располагается не на земле, а на гусенице машин (трактора, бульдозера, скрепера и других). Это не лучший вариант для оператора, а вынужденная мера при эксплуатации высокогабаритных мобильных машин.

Вопросы безопасности и здесь не решены, поскольку не исключена главная причина травматизма в рассматриваемых случаях, а именно, возможность запуска основного двигателя при включенной в трансмиссии передаче. Складывающаяся ситуация в части безопасности оператора схематически показана на рисунке 3.

а – на гусенице машины; б – на земле вдоль гусеницы; 1 – кабина машины, 2 – моторный отсек; 3 – катки;

4 – гусеница, 5 – оператор; 6 – человек; 7 – почва

Рисунок 3 – Схема размещения оператора высокогабаритных гусеничных машины при запуске их основного двигателя пусковым

a – on the track of the machine; б – on the ground along the caterpillar band; 1 – car cab; 2 – engine compartment; 3 – rollers; 4 – caterpillar band; 5 – operator; 6 – persons; 7 – soil

Figure 3 – Layout of the operator of high-size tracked vehicles when starting the main engine by starter

В случае запуска двигателя при нахождении оператора на гусенице не исключено его падение при резком начале движения на полотно гусеницы в направлении, противоположном началу движения (при внезапном запуске с включенной передачей). Кроме того, нет гарантии, что оператор на гусенице машины не проедет в направлении движения и не попадёт под гусеницу. Нет также гарантии защиты людей, находящихся в зоне движения машины в фронтальной и тыльной частях, при внезапном начале движения в результате запуска двигателя при включенной передаче (рисунок 3 а). Из изложенного следует, что в рассматриваемом случае защита операторов и людей в описанной ситуации не соответствует требованиям ССБT [5] и нормативно-технической документации по эксплуатации рассматриваемой техники. Норма- тивная база рассчитана на полное соответствие её требованиям, что верно по сути, но практика подтверждает наличие отклонения от требований (человеческий фактор, непредвиденные обстоятельства и др.), что как раз и вынуждает иметь такие конструктивные решения, которые учитывали бы эти обстоятельства, что не только гуманно, но и возможно [4].

Не лучше обстоят дела с рассматриваемой проблемой, когда запуск основных двигателей гусеничных машин осуществляется пусковыми устройствами, приводимыми в действие оператором, стоящим на земле у гусениц в наклонённом положении в сторону двигателя (рисунок 3 б ). Изложенная ситуация характеризуется тем, что оператор может стоять не только на земле одной или двумя ногами, но и на внутренней поверхности гусеничного полотна.

Это обстоятельство приводит к тяжелейшим травмам в результате придавливания нижних частей ног тяжелыми катками гусениц. Кроме того, внешние поверхности гусениц, содержащие соединительные пальцы гусеничных звеньев, всегда имеют шероховатые поверхности, а также острые концы шплинтов. Все это способствует захвату одежды оператора движущимися гусеницам и падению его с тяжёлыми травмами. В части травмирования людей, находящихся во фронтальной и тыльной частях внезапно начавшегося движения машины, создается ситуация травмирования, аналогичная описанной в предыдущем случае (рисунок 3 а ).

В результате совершенствования конструкции машин по рассматриваемому направлению в современных их модификациях запуск двигателя осуществляется из кабины машины, то есть оператор убран из травмоопасных зон, что исключает его травмирование. Однако травмирование людей, находящихся в травмоопасных зонах фронтальной и тыльной частей машин при начале их движения в результате запуска двигателя при включенной передаче, продолжается.

С целью исключения травмоопасных зон в случае возможного запуска двигателей при включенной передаче и травмирования при этом операторов и находящихся рядом людей единственным наиболее эффективным способом в настоящее время является исключение возможности запуска двигателей при включенной передаче инженерно-техническими решениями. Часть из них обоснована, разработана и подтвердила свою работоспособность исследованиями специалистов трудоохранной научнопедагогической школы Санкт-Петербургского государственного аграрного университета [4, 6– 11].

Заключение. Изложенные результаты исследования по озвученной теме детализируют суть проблемы и наглядно показывают источники и причины появления травмоопасных зон, а также происходящих в них травм операторов или находящихся в зоне неуправляемого направления автоматического начала движения агрегатов людей. Источником травмоопасных ситуаций является факт запуска двигателя при включенной в трансмиссии передаче. Потребность в такой ситуации определена нормативнотехнической документацией при нахождении агрегата в состоянии покоя с неработающим двигателем. В той же документации определено требование выключения передачи (положение рычага включения передачи в нейтральном положении) перед запуском двигателя. Однако по массе причин (рассеянность, забывчивость, спешка, невыполнение требований названной документации и других) это требование операторами не всегда выполняется, что приводит к появлению травмоопасных зон и травмирово-ванию самих операторов и находящихся в травмоопасных зонах людей. Устранение рассмотренных источников и ситуаций образования травмоопасных зон позволит ликвидировать связанные с ними травмы.